动物在寻找食物，躲避危险以及求偶这样一些基本活动中所依靠的生物系统是精妙的。它在许多方面超过人类智慧的最佳成果。
在一条泥沙混浊的河流里，一个银白色的流线型物体在岩礁碎石之间穿梭般地游过，它本身发射电场并具有传感器，可以接收由附近其它物体所产生的回波。而在空中，一个小小的光滑的飞行物，装备着一架比豌豆还小的计算机，正借助于夜空的群星在校正着它的航线。依靠许多棒状肢体在沙漠中巡游着的一个全副武装者，则利用松散沙子的振荡来探测动静，在几秒钟内便可认出并截获目标物。
当精密的电子导航和检测系统大大地超过并取代人类感官的时候，上面的这些描述便是未来文明技术的一小缩影。不过现在还不能够办到。
化学感受
—种最基本最常见的传感系统就是化学受体。像单细胞细菌和原生动物这些原始的有机体都能和化学刺激物起作用。在原生动物的液体环境中发生的化学变化，既可以排斥也可以吸引原生动物。从这种较为简单的原生动物对化学刺激的反应开始，化学受体目前已进化到了像脊椎动物的嗅觉器官这样一些复杂的体系。举例来说，警犬能跟踪人的踪迹并能辨认出它所跟踪的人的气味。最近对于鱼的研究表明，如把半茶匙2-苯乙醇溶于表面积为209平方英里，最深处为827英尺的瑞典康斯顿司湖的湖水中的话，淡水鳗鱼的嗅觉器官照样有本领把2-苯乙醇辨别出来。这样高的灵敏度意味着淡水鳗的嗅觉上皮细胞敏感到只要和2至3个化合物分子接触，即能起反应。
过去，一度曾用信息素这个化学术语表示同种生物的性引诱剂。蜜蜂产生的某种化学信号会引起它们某种行为，例如，使蜜蜂大规模聚集在一起进行防御等。有一种信息素，可表示出食物的储藏地点。还有一些雄性蛾类，具备更高特异性的嗅觉器，只和雌性同类的气味起作用。雄性蚕蛾虽可在一英里之外嗅出雌性的气味，但与其它气味完全无缘。雄性成年蛾的唯一功能只是和同种雌性交配而已。
橙褐色的美洲大蝴蝶在盛产马利筋属植物的北美地区产卵。然后，沿着固定的迁徙路线南下，到各过冬地去生活。这种大蝴蝶，其雄性的尾翅上有香袋，据认为是为雌蝴蝶留下一条气味的痕迹，使之跟踪而来。在它们的过冬地区有一种“蝴蝶树”，年复一年地聚集着成千上万只大蝴蝶。
哺乳动物的臭腺高度发达，许多食草动物的足部和小腿部有不少腺体。这些腺体的分泌物就沿着食草动物的行动路线，或是在地面上或是在草木丛中分布开来。这些化学信息对于群体的聚集或是使它们保持同一行动路线，有着暂时的功效。同时也可能有进一步的意义，即能标志出群体的迁徙路线。臭腺在繁殖行为中也卓有功效。许多雄性哺乳动物的生殖器包皮上有腺体（包皮腺），它的分泌物和尿一起排泄在一定的地方，这种气味的化学信息就可表示在这块地方有这种动物存在并对其同类表明性别。繁殖期的雄海狸，沿着河岸湖边从其包皮中排泄出性分泌物，用以吸引雌海狸。同样，大部分雌性的哺乳动物在它们能怀孕的动情期中放出特殊气味，作为信号。
过去几年中，对太平洋大麻哈鱼的研究表明，当它们极其幼小的时候似乎就懂得了也许是记住了它们出生的淡水河流的气味。随后它们就游到海中，在那儿生活1至3年，一直到性成熟，随后就开始返回到原先孵它们出世的那条淡水河中，有时这种洄游路程竟有一千英里以上。于是它们就在河中产卵，死去。
为了证实大麻哈鱼的嗅觉是导向的主要因素，在威斯康星州对这种鱼的逆流洄游产卵进行了许多实验。他们在河道支流上游处捕捉了大量大麻哈鱼；所有捉到的鱼都加以标记并把其中一半鱼的鼻腔堵塞。然后再把它们放到支流的下游处。没有堵塞鼻腔的鱼能逆流而上通过分岔口，进入了适宜的支流处产卵，而那些堵塞鼻腔的大麻哈鱼则不能区别支流分岔，因而到处游荡。认为大麻哈鱼对它们的出生河流的气味的记忆是它们归家洄游的主要导向因素。
对蝾螈所做的实验也证实了嗅觉对它们的定向起了十分重要的作用。美洲西北地区产一种小小的有尾两栖类动物，在大雨后从地洞中钻出。随即，它们就到附近的池塘或小河去产卵。在加利福尼亚海岸做了一次实验，共捕获了692条蝾螈；作了标记以后就把它们移放到离开它们原来的河流二英里外的另一河道中去。在以后的三年中，发现77%的蝾螈又回到了原来的河流中被捕获的地点。
光感受
有些像变形虫这类单细胞生物经光照后整个虫体会表现出趋光或避光的特性，并具有一定的敏感度。在进化的过程中，有些多细胞的有机体也具有特殊的感光细胞群。
除了光受体外，有些无脊椎动物以及脊椎动物具有生物发光的结构，看来是起种族识别和性识别的作用。举一个例子来说，百慕大群岛有一种多毛目的海蚯蚓，在某一季节中，雌海蚯蚓会成群地聚集在海面上，发出明亮的光。这么一来，就引得雄海蚯蚓浮游而来，进行交配。倘若雌海蚯蚓停止发光，雄海蚯蚓就会打出光信号，显然是逗引雌海蚯蚓继续放光。萤火虫也一样，夜阑，雌虫的闪光把雄虫吸引。许多鱼也有这种生物发光器官，特别是生活在深海中以及主要在夜间活动的鱼更是如此。
软体动物，节肢动物和脊椎动物所具备的眼状结构能保证切实的光通讯，达到了登峰造极的地步。虽然从解剖学上来说，像头足纲、昆虫和脊椎动物这样广大的生物有机体，它们的眼睛构造差别很大，但都能产生视像。过去几十年来的研究证明，从鱼到哺乳类，许多脊椎动物的迁徙过程中，视觉起了极其重要的作用。已经发现，一些淡水鱼在寻找它们的产卵水域时，就是用太阳作罗盘进行定向的。以白鲈鱼为例，如在有太阳的日子里，把它们从产卵的沿岸湖水中捕获，并在鱼背上系上可见的漂浮物作标记，随后移放到几英里外的湖水中，它们就会直接游回原来的产卵处。但如果在阴天，或者把它们眼睛蒙住，它们就会漫无目标地到处瞎游。
从一些蛙类和蟾蜍的迁徙定向研究中，同样表明，天体状况对某些动物来说也很重要的。现在知道，从蝌蚪期的变形阶段开始，小青蛙和小蟾蜍就牢记了天体状况和沿岸的方位关系，而后再上岸来。要是在这期间把它们从池塘中移放到另外的拦水坝内，让它们只看到天空穹苍，它们也会根据天体状况作出同样的方位抉择，就像在原来生活的池塘中一样。然而，如果在阴天，它们就不能进行定向了。太阳对昼行的动物很重要，夜间活动的生物则离不开星星和月亮。
鸟类一年二度的迁徙确是一种精湛的技艺表演，令人惊叹。许多鸟儿年复一年地战胜恶劣的天气，进行长途飞行，竟然能成功地到达它们过冬或者度暑的栖息地。生物学家在揭示这种远航能力的奥秘所取得的这些显著的进展，只不过是最近20年来的事。显然远航要利用环境特征，那就少不了视觉器官。天体的状况，水波的运动，洋流和太阳所处的位置，这都是有关的因素。
有这样一个实验，在信天翁巢居的季节里，在太平洋中途岛环礁上捕获18隻成年信天翁。把每只都进行标记和编号，然后用飞机分别运送到北太平洋上从关岛到华盛顿海岸的6个施放点上放掉。到后来，18隻信天翁中有14隻飞了回来。在菲律宾群岛上放回的一隻信天翁，用32天的时间，飞行4,120英里后回到中途岛环礁。另外，在华盛顿海岸放回的二隻，一隻飞10天，另一隻飞12天，全程3200英里，也回到了老家。陆地候鸟也具有同样的归巢能力。
对许多小种鸣禽已经有多年的观察史，在一年中的大部分时间中，它们是白昼活动的。现在看来，它们寒来暑往的迁徙却是在夜间进行的。认为鸣禽在迁徙的季节里，人们观察到把捕获的鸟儿加以笼养时，它们会整夜焦躁不定。有一位叫Gustav Kramer的德国禽学家在1959年发觉，如让这些笼养鸣禽见到夜晚的天体的话，它们的夜间活动都是有一定方向性的。Kramer养了一种鸣禽，他把它们放在环形的笼子里。这样，它们可以看见天空，但不能看到地平线和其它陆上目标。这种鸟儿巢居在差不多整个欧洲大陆上，而在热带非洲过冬。在一年秋季的晴朗夜晚里，这些笼养的鸣禽，全都面向南方，而在春季，它们却是朝向北方的。
为进一步证实鸟儿对天象的依赖关系，Franz和Eleanore Sauer对这种鸣禽做了一些相似的实验。Sauer他们在鸟儿的迁徙季节里把它们运到西德不来梅港的奥伯斯天文馆。当天文馆内的圆顶天幕用散射光照亮时，鸟儿在夜间的活动就杂乱无章起来。但在春天迁徙季节中，用投影仪把天幕映成春夜星空的景象时，鸟JL们立刻一律面向正北。如果把影像旋转180°，它们也会跟着转向。一些研究还表明，某些鸟类能参照距北极星35度处的明亮星群来进行特异性的定向。
声感受
有些脊椎动物能利用声波定向和传递信息。18世纪末期，Lazzaro Spallanzani的工作开拓了这一科学知识的领域。这位意大利的生理学家发觉蝙蝠晚上在暗空内飞翔，不会和物件相撞。然而，如果把蝙蝠的耳朵或嘴巴蒙上的话，它们就失去了避免与物体相撞的本领。Spallanzani的研究被世人忽视了一个半世纪，直到1938年，美国的生物物理学家Donald R. Griffin利用高频脉冲检测装置令人置信地证实，蝙蝠在飞行中发出人耳听不到的声波脉冲。Griffin和美国生理学家Robert Galambos合作重复了Spallanzani的实验，证明蝙蝠这一本领。蝙蝠并不是唯一能利用回响定位的飞行动物。在南美洲，北部洞穴中和特立尼达岛上就有一种夜间活动的油鸟，会发出人耳能听到的快速的卡嗒卡嗒声音。还有几种栖居在洞穴中的东亚雨燕也有这套本领。
自从知道蝙蝠能利用回响定位以来，又发现许多海洋哺乳动物能在水下发出频带很宽的声波。甚至可高达300,000赫兹。鲯鳅，海豚和鲸鱼等在接收水下声波时碰到的问题和陆栖及飞行动物不一样。声波在水中的传播速度要比在空气中快4倍，并且不能那么容易地由较疏的介质通过较密的介质。二种介质的密度相差越大，介面上产生的反射也就越强。对于蝙蝠来说，声波只是通过耳朵鼓膜进入体内，经鼓膜转换后的声波，就由中耳的三块小听骨的机械运动，传导到内耳。蝙蝠的头部基本上不传声，在二耳之间起隔音体的作用，这有助于定向收听，因为只有当蝙蝠直接面对声源或是离声源很远的时候，二个耳朵才会听到强度相等的声音。不然，靠近声源近一些的那只耳朵，听到的声音就大一些。但在水中，却不存在这种定向性，因为海洋哺乳动物的躯体组织和周围的海水的密度是差不多的。因而，水下声波可以顺利地透过躯体的任何部位。
据认为，鲸目动物所发出的水下声波是同类之间的一种传送信息的手段，也许在一定距离内中起性识别的作用。这种声波还可能对寻找食物以及测定水域的深度有帮助。某些迁徙的鲸类看来还会借助于附近大片陆地的反射，用回响定位测定方向。就在最近，证实某些海豹和海狮能产生水下声波，在能见度降低的时候，由周围物体的回声来形成导航体系。美国科学家、极地探险家Thomas C. Poulter所做的实验证明，海狮在一片漆黑的水下游泳时，不仅能测知物体：而且还能利用它们的声呐系统迅速地了解这些看不见物体的构成、大小和形状。
次声波，或是低于10赫兹的声频（人耳能听到的较低的下限频率），一般是由天气的冷热风，风暴，极光，地震波以及各种人造设施所产生。有人认为，一些候鸟和归巢的鸟儿就是靠次声波的发生源作标志，来定方位的。70年代中期，人们对笼养信鸽的研究表明，如用次声波对它们作短时间辐照后，马上用轻微电震加以刺激。鸽子可引起条件反射，以了解它们能否感知次声波。看来，信鸽能感知低于1赫兹的频率并可对自然界中不同强度的次声波作出反应。不过，信鸽是否真的有这般本领，还仍不清楚。
机械感受
另外还有一种导向系统，它与接触压力变化，振动和平衡有关，称为机械受体。这对各类生物生命活动的各方面来讲都是重要的。自由漂浮或自由运动的小生物碰到固体物质时会退缩。这是由突然而来的接触压所引起的反应。
对大多数生物的定向作用而言，重力是很重要的。由于进化，生物有各种判别地心引力的方法。多细胞生物的感觉细胞便是感知压力的重力测定器。例如，某些无脊椎动物有称作平衡器的空穴，沿着感觉毛排列。空穴里砂粒的移动及微量的钙质分泌物使生物了解重力和自身位置关系，从而进行定向。这一原理也同样适用于脊椎动物，并在脊椎动物的平衡和定向器官——内耳的半规管里得到了高度的发展。
鱼类和水生的两栖动物中，还发现一种不同的感觉器官，它能对压力变化起反应，叫做侧线系。它是由一排称为神经丘的小小的乳头状突起所组成，位于身体二侧，并分别于头部二侧又一分为三。这种感觉器官位于关闭的管道中，通过气孔与外界相连，它的末端呈折曲状，以便感知外界压力和水流的变化。正确的定向、与目标密切接触，以至于迁徙运动，都和侧线系的适当功能有一定关系。
另一些生物在水中利用水面波浪的运动来定向。有些鱼则依靠水面波来寻找可捕食的生物。有趣的是这类鱼的头部表面上，还发现鼓虫类的甲虫也有相似的结构。这些虫子成群地在水面打旋，可是却不会互相碰撞，即使在十分密集的情况下，也不碍事。在打旋时，每一个虫子都产生一种微小波，碰到附近的物体，便反射回来。以此来避免碰撞。
现在知道，有些动物利用传导振动的固体介质来寻找猎物。举一个例子，夜间活动的沙蝎能感知到50厘米（20英寸）开外的扰动，这可由小昆虫在其附近行走或在疏松的沙子中打洞所引起。沙蝎以高度的准确性测出扰动来源的方位和距离。最近，通过沙漠表面的地震波模拟实验，对这种甲虫的二种主要震动方式作了如下说明：较高频率，较快速度的压缩波在沙中传播时衰减很快，而频率较低，速度较慢的表面波的衰减却很慢。位于沙蝎的每一隻步足的末端，有一套称作气孔感受小体的机械感受器。现发现，它对表面波敏感。而另一套在相似部位的感受器——跗节感觉毛则主要对压力波敏感。当震波来临时，沙蝎依靠步足所感受到的不同刺激来测定方向，距震动源最近的步足最先感受到刺激。至于距离的测定，可能是根据速度较大及较早到来的压缩波和随后到来的表面波之间的时间延迟值的大小来判知。离开波源越远，二者延迟的时间就越长。
电磁感受
还有几种鱼类的器官已经进化到能够产生电流。电鳗，电鲶，电鲼可在220 V到550 V的范围内放出强电流，高达1安培。这类鱼的器官产生强烈的电震，既可作为自身的防卫又可击晕猎物。还有二种不同的鱼，它们的电器官会放出微弱的电流。一种是生活在非洲混浊河流中的长颌鱼；另一种叫裸背鳗，在南美洲泥水塘里栖身。它们的尾鳍都很短小，长鳍鱼背上生一根长鳍而裸背鳗却在腹部长着一根长鳍。这种单根的长鳍作波浪运动，赖以前进和后退。它们还都生有长长的口鼻；产生弱电场的器官位于尾部。放电时，尾部相对于头部来说，带负电。尾部对游动并不起作用，所以始终保持笔直。
目前认为，这种弱电场是鱼儿定向的一种手段。如果在它周围水里有东西存在的话，电场分布状况便会发生变化。各类物体的大小和形状可以相同，但电传导性质却是不同的。根据这一点，就能加以区别了。这对生活在浊水河中的鱼类是极为有用的。看来，测定电脉冲和位于侧线系上的特殊细胞有关。有些鱼类的电感受器可测出非常微弱的电场。
鸟儿是否有特殊感觉来测定地球磁场，这一问题差不多反复争论了近一个世纪。但早期的实验，并没有设法证实，鸟儿的归巢和迁徙能力能加以干扰。比如设法在鸟身上缚一块永久磁铁之类。然而，近期的实验已提供了一些明显的但还不是结论性的证据。有一个实验是这样的：在信鸽的头部放上磁棒或由电池供电的线圈，再把它送到陌生的地方去放。如果在阴天，鸽子就会迷失方向；但在晴天有太阳的日子里，鸽子照样识途归家。这可能是根据太阳的方位来定向的。让笼养的迁徙鸟，欧洲知更鸟（European robins Erithacus rubecula）和靛青黄道眉（indigo bunting，Passcrina cyanea）失去视觉，发现它们在夜间的活动会随着放在笼外磁铁的变换而有改变。另一些证据也说明，夜间的地磁干扰以及由天线发射的低频通讯电波都会影响鸟儿的迁徙活动。
人类的使命
各种生物的定向机制还远远没有搞清楚，特别对于一百多万种已知的无脊椎动物（包括昆虫）来说，无论在哪方面的研究，都很不深入。目前，人类所掌握的知识，大部分是于最近三四十年中工业技术的发展而获得的。迁徙动物利用天体导向，水里和飞翔的生物的回响定位，某些鱼类装备电脉冲感官，还有另外一些不属于本文范围的成果等等，这么些基本的发现只不过是一个开端。
目前已经证实，这一学科知识对人类的各方面都具有实际的重要性。现正研究如何利用信息素来控制某些作物的害虫。最近发现，如把寄生在肠中的雌线虫的信息素取出，放在雄虫周围，那么，雄虫就会在一定时间内失去跟踪雌虫的能力。人们指望用这一知识去研究新的技术，即通过干扰交配信息来驱除肠道寄生虫。
大麻哈鱼自小牢记其出生河水的气味，这个发现对水产生物学家很有用处。把产卵期的大麻哈鱼放到另一条没有大麻哈鱼，但却宜于它们生长的河中放养；雌鱼的卵和雄鱼的精子就在那里受精，孵化出小鱼并且长大。在幼鱼们游入海中，成熟以后，这新一代的大麻哈鱼就回到孵化它们出生的河里，却并不返回它们亲代生长的地点。多年以来，声呐被船舰用来测定海洋的水深及对水下物体定位。但人们使用仪器进行的回响定位和千百万年来蝙蝠在夜间寻找昆虫及海洋哺乳动物行动时所能采用的这一方法相比较的话，是微不足道。无疑，对于动物导向系统的进一步研究，必将在解决人类所面临问题过程中涌现出许多新技术。
〔1979 Year book of Science and the Futures〕